?一、自動駕駛的橫向控制需求 ?

自動駕駛的橫向控制需求和傳統(tǒng)的執(zhí)行部件有些不一樣。在實際過程中，比如轉(zhuǎn)向或制動，目前國內(nèi)研發(fā)中很多是逆向開發(fā)，或是基于當(dāng)前狀態(tài)的開發(fā)，缺少一種正向開發(fā)觀念，所有的執(zhí)行部件和線控部件都是為了滿足駕駛員或整車運動控制的需求。 ?

所以，在設(shè)計轉(zhuǎn)向時必須要有一種正向思維方法，不是去編輯MAC的校驗方式，而是從駕駛員的需求、自動駕駛的需求來設(shè)計線控部件。因此，首先要知道自動駕駛需要底盤做什么，或駕駛員需要底盤做什么樣的操作。 ?

目前，轉(zhuǎn)向的發(fā)展基本上分為兩個等級，一是小于等于L2的電動助力轉(zhuǎn)向EPS，但EPS中除了原先的輔助助力系統(tǒng)，還增加了一些線控接口指令。

還有一種是大于等于L3的線控轉(zhuǎn)向，現(xiàn)階段有它的特殊性，如果小于等于L2，失效時主要功能安全會關(guān)掉，是fail off。對于大于等于L3的狀態(tài)，就要fail-operationl，即在失效時能夠保證一定功能或降級功能，基本上具備轉(zhuǎn)向功能，這是一個非常重要的臨界點。 ?

軟件定義底盤

為了實現(xiàn)上述功能，提出了各種各樣的技術(shù)，首先要有一個正向思維，自動駕駛對底盤有一定需求，左邊的軟件定義底盤是我們研究院和清車智行提出的。

定義軟件底盤需要根據(jù)自動駕駛的需求或獨立移動底盤的需求。以后整車發(fā)展可能是底盤加座艙，即三域兩平臺，三域支持自動駕駛、智能座艙域和線控底盤域；兩平臺是智能座艙和智能底盤兩個硬件平臺。隨著智能座艙形狀的不斷改變，首先我們要定義各種座艙形態(tài)，即各種座艙的穩(wěn)定性是要定義的指標。 ?

只有在這個指標下，再考慮自動駕駛的規(guī)劃指令，定義當(dāng)前的整車是什么狀態(tài)，是穩(wěn)定狀態(tài)還是失穩(wěn)狀態(tài)，還是臨界穩(wěn)定狀態(tài)，即安全等級預(yù)測模型，模型限定后，就可以最大限度地保證橫縱協(xié)調(diào)得到實際執(zhí)行。 ?

橫縱協(xié)調(diào)指令出來后，還有軟件定義來定義執(zhí)行系統(tǒng)的軟硬件解耦，因為底盤域是一個大的運算平臺和算法中心，底層轉(zhuǎn)向制動，甚至懸架和驅(qū)動相關(guān)的應(yīng)用層算法都可以在平臺上不斷迭代，所以要進行執(zhí)行系統(tǒng)線控和系統(tǒng)軟硬件解耦，再定義橫縱協(xié)調(diào)相關(guān)指令，同時軟件定義底盤還可以定義自動駕駛的擴展功能，這就是軟件定制底盤的需求。 ?

我們研究院基于大于等于L3的底盤域控，實現(xiàn)了涉及的安全等級預(yù)測、動態(tài)控制、軟硬件解耦的相關(guān)架構(gòu)。右邊的線控執(zhí)行系統(tǒng)對滿足底盤控制要求和整車要求提出了不同需求，特別是對轉(zhuǎn)向冗余設(shè)計和功能安全，包括高階路感的體驗要求，后期還有獨立轉(zhuǎn)向相關(guān)功能需求。 ?

從技術(shù)路線來說，是從軟件定義底盤到域，再到執(zhí)行組件，在實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品要落地，還要基于執(zhí)行部件反過來倒推，以滿足一級一級的技術(shù)要求，這就是軟件定義底盤。 ?

自動駕駛分級

隨著自動駕駛和駕駛輔助系統(tǒng)的不斷成熟，自動駕駛的分級已進行了好幾輪優(yōu)化。

最新版SAE駕駛自動化等級很關(guān)注L3如何實現(xiàn)，去年SAE明確提出L3時，在功能請求時必須由人駕駛，如果整車沒有請求，如果整車發(fā)生安全事故或其他危險時，責(zé)任在于整車；功能請求一旦發(fā)布，必須要有人直接接管，這之間的時間延時如何實現(xiàn)，各家有不一樣的觀點。

在安全風(fēng)險預(yù)測方面，功能請求時，必須要有一定緩沖時間留給駕駛員進行相關(guān)操作，因為理論上，L3雙手可以脫離方向盤，腳可以離開制動踏板，甚至可以短時間閱讀手機/報紙。而當(dāng)整車有自身所無法克服的安全風(fēng)險時，向駕駛員提出請求，必須由駕駛員接管。 ?

在不斷實踐過程中，緩沖時間要不斷優(yōu)化和更新，主要還是安全或風(fēng)險預(yù)測的時間，或提前響應(yīng)的時間，所以L3也是一個很糾結(jié)的階段，甚至有人認為應(yīng)該是2.99或直接跳過L3，但L3短期內(nèi)還是一個不可避免的過程，所以很多基于轉(zhuǎn)向的研究都是L3和L2之間或L3之間，L3內(nèi)自動駕駛和手動駕駛直接切換是一個很大的考驗，自動駕駛和手動駕駛切換Switch Ramp處理方式很重要。 ?

到L4、L5時，也有一些典型狀態(tài)，L4還有方向盤，只不過是完全解耦的狀態(tài)，L5方向盤已經(jīng)不存在。對轉(zhuǎn)向來說，各家主流研發(fā)目標和研發(fā)路徑也不一樣。歐洲有兩種，一種是到L4時就可以取消方向盤，換成駕駛終端，即操作手柄，進行緊急切換，也有的還保留方向盤，設(shè)計思路不一樣，所以當(dāng)前階段還要考慮L3和L3到L2之間的Switch Ramp問題。 ?

橫向控制發(fā)展趨勢

什么是橫向發(fā)展？如果從自動駕駛的底盤控制層面考慮，以后可能有三軸方向控制，即橫向、縱向和垂向的三向控制，轉(zhuǎn)向是橫向控制中最主要的操作，包括自動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，所以橫向控制是后期發(fā)展的重要控制層面。

汽車行業(yè)向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，軟件定義汽車得到了推廣，域控制電子電氣架構(gòu)從分布式到域控制，再到集中域，甚至后期的中央電腦方式，不斷快速發(fā)展。作為關(guān)鍵的橫向控制機構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是未來發(fā)展的方向。 ?

未來的轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)會有幾方面要求，一是路感模擬和性能要求，L3到L4階段是很重要的階段，這時還有方向盤，而且是完全解耦的方向盤，這時會有一些要求，比如弱震動噪音減弱、可變轉(zhuǎn)向比、運動控制，都需要在路感模擬和性能需求中體現(xiàn)。 ?

對線控底盤的要求包括轉(zhuǎn)向和方向盤的靈活布置、基于底盤域的結(jié)合設(shè)計、跨平臺應(yīng)用。從安全可靠性來看，有fail-operationl（失效可運行）、冗余架構(gòu)和功能安全。自動駕駛方面，L2、L3之間的轉(zhuǎn)換涉及角度控制、方向盤靜默/折疊。 ?

自動駕駛等級對轉(zhuǎn)向的需求

自動駕駛對轉(zhuǎn)向的需求完全基于當(dāng)前的自動駕駛程度，對轉(zhuǎn)向特點提出了要求，首先是從常規(guī)的0級到1級、2級，以駕駛員和駕駛員系統(tǒng)為主。常規(guī)的電動處理轉(zhuǎn)向選用單純的三相電機、獨立電源、位置傳感器和一個或兩個核的控制器，不一定有異構(gòu)冗余，因為L2以下是fail off狀態(tài)，一旦發(fā)生危險或故障就會關(guān)掉。 ?

功能安全等級方面需要雙核功能，特別是在無法關(guān)掉時，必須要實現(xiàn)ASIL D安全等級，即必須關(guān)掉時必須要關(guān)掉。象限保護也是為了滿足ASIL D，出現(xiàn)相間短路、電機短路時能夠及時關(guān)掉，保證相關(guān)通訊、網(wǎng)絡(luò)安全、機械耦合狀態(tài)。 ?

到L3會有很大的變化，駕駛主體責(zé)任人是系統(tǒng)，整個EPS設(shè)計也就是線控轉(zhuǎn)向設(shè)計是冗余EPS執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已跨到線控轉(zhuǎn)向，其兩部分一是路感模擬，二是轉(zhuǎn)向制動控制或轉(zhuǎn)向執(zhí)行，需要六相電機或雙電機配置，采用雙電源、雙TAS備份、三內(nèi)核，當(dāng)然也可以是兩個功能核，再加一個鎖步核，以保證功能安全級別和安全的實施。 ?

安全等級達到ASIL D，就必須要有異構(gòu)冗余措施，有預(yù)期功能安全因子分析、象限保護、多通訊模式、硬件安全模塊模組，以保證相關(guān)的通訊，這時取消了機械耦合，但還有方向盤。 ?

到L4、L5，方向盤是可屏蔽狀態(tài)，甚至采用一些控制終端去實施。歐洲有兩種聲音，一是方向盤，二是終端，但美系和日韓系還是偏向于用方向盤，不希望用終端方式。 ?

底層執(zhí)行機構(gòu)軟件定義集成控制

作為一個大的運算中心和算法平臺，底盤域是可以不斷地OTA迭代的芯片平臺，很多算法會上移。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會將應(yīng)用層在1或2毫秒層面直接進行算法上移。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以后只會保留電機控制、機械系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向電機，特別是電機診斷實時系統(tǒng)，而應(yīng)用算法都在底盤域中，所以給轉(zhuǎn)向行業(yè)的工程師提出了更高要求，需要具備軟件的軟實力和機構(gòu)不可替代的硬實力。以后的商業(yè)模式將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)廠商提供一套硬件系統(tǒng)，再加上打包的一套軟件系統(tǒng)，直接給整車廠或Tire 1進行集成。 ?

如何在這個過程中保證軟件附加值，是從事轉(zhuǎn)向行業(yè)的人需要考慮的事情。同樣，制動也是這樣，要增強軟實力和硬實力，有自己獨有的控制算法和一些專利保護，這些都會體現(xiàn)在后期的軟件附加值中。 ?

底盤控制軟件協(xié)調(diào)控制封裝組件?



底盤域封裝組件和轉(zhuǎn)向相關(guān)的算法包括：前后輪協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向控制、主動轉(zhuǎn)向前后輪獨立運算控制算法和線控轉(zhuǎn)向路感模擬，這三塊是軟在底盤域中要上傳到封裝組件中。 ?

線控轉(zhuǎn)向軟件組件

在AUTOSAR架構(gòu)中，線控轉(zhuǎn)向軟件組件是SWC層面的軟件組件，每一個軟件組件都有相關(guān)功能描述，比如以正向思維設(shè)計轉(zhuǎn)向功能，駕駛員轉(zhuǎn)向自動駕駛、輔助系統(tǒng)功能，如車道保持，需要相關(guān)的扭矩接口、力矩接口或橫向齒條力接口，通過轉(zhuǎn)向駕駛控制模塊、線控轉(zhuǎn)向或EPS實現(xiàn)相應(yīng)功能。 ?

這個模塊分成三部分，一是基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向，側(cè)重人駕駛的力矩控制，因為不管是L2還是L3都有方向盤，涉及基礎(chǔ)助力，只不過會呈現(xiàn)在路感模擬中。通過分析齒條力的大小和路感波動，體現(xiàn)在路感方向盤的力矩控制。 ?

同樣，還有回正和阻尼控制、高階路感反饋、補償控制、冗余仲裁和力矩指令疊加，以及角度控制，因為目前自動駕駛更流行通過目標角度或目標角速度達到目標角度的精確定位、角度控制和轉(zhuǎn)向輪位置協(xié)調(diào)，實現(xiàn)脫手控制、手動/自動駕駛切換或L3向L2切換等。角度控制可以讓駕駛員主動接管或被動接管整車有一個安全過渡。

另外，后輪轉(zhuǎn)向控制算法在很大程度上依賴前輪轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)，后輪轉(zhuǎn)向是一個執(zhí)行器，這個過程中還涉及前后輪主動協(xié)調(diào)。

橫向控制不單是方向盤轉(zhuǎn)向控制，還有縱向控制，比如過轉(zhuǎn)向、坡道制動、對接路面等，如何保證更好的制動效果，或在轉(zhuǎn)向失效或異常時保證緊急轉(zhuǎn)向的實施，涉及轉(zhuǎn)向和制動的協(xié)調(diào)控制。 ?

通過進行協(xié)調(diào)控制，比如在過轉(zhuǎn)向或在坡道制動時，會有一個主動轉(zhuǎn)向過程；在轉(zhuǎn)向失效時，會有一個強制轉(zhuǎn)向或差速轉(zhuǎn)向過程，以保證整體轉(zhuǎn)向制動的協(xié)調(diào)，最終達到轉(zhuǎn)向效果。 ?

橫向穩(wěn)定控制流程

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橫向穩(wěn)定控制流程是從底盤域基礎(chǔ)上實現(xiàn)的橫縱向穩(wěn)定性，根據(jù)車輛動力學(xué)和輪胎動力學(xué)，對輪胎附著系數(shù)進行修正。根據(jù)線控底盤發(fā)展路線圖，2025年前，主要是研究輪胎的橫向和縱向控制；2030年后，會進行橫縱垂相關(guān)的研究。基于橫向縱向主要進行車輛動力學(xué)和輪胎動力學(xué)相關(guān)研究，以得出動態(tài)穩(wěn)定域，通過安全等級限制進行修正，得到相關(guān)指令，再進行車輛受控穩(wěn)定性研究。 ?

整個過程和路面附著系數(shù)、車型參數(shù)、輪胎模型相關(guān)聯(lián)，所以橫向穩(wěn)定控制要考慮自動駕駛、整車動力學(xué)穩(wěn)定性需求，以及操縱穩(wěn)定性指標要求、輪胎動力學(xué)要求，還要考慮轉(zhuǎn)向制動如何協(xié)調(diào)，所以單純看轉(zhuǎn)向，有很大的局限性，但如果從橫向角度去看，很多東西可以在前期進行知識儲備。 ?

線控轉(zhuǎn)向組件關(guān)鍵參數(shù)

主流線控轉(zhuǎn)向組件目前有兩類，一是搖臂式，比如商用車；二是齒輪齒條線控轉(zhuǎn)向器。上圖是路感協(xié)同管柱，取消了中間軸，構(gòu)成一個完全解耦的線控轉(zhuǎn)向部件。另外，還有方向盤隱藏或收縮機構(gòu)、路感協(xié)同器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。2010年之前這種設(shè)計比較少見，基本上都是分離的，2010年后，功率組件形式逐步成為主流，因為環(huán)境惡劣，控制器的設(shè)計指標、穩(wěn)定性要求越來越高，需要與執(zhí)行電機集成在一起，容易受到EMC干擾，也容易受電機發(fā)熱的影響。 ?

一般過了三年期，電機會出現(xiàn)很多問題，前期是控制器出現(xiàn)問題，在大批量生產(chǎn)中有一些體現(xiàn)，需要有控制精度要求、響應(yīng)時間要求和齒條力估算要求。隨速轉(zhuǎn)向基本上采用AUTOSAR架構(gòu)，用ASIL D等級要求約束，包括最大轉(zhuǎn)速要求和平順性相關(guān)要求。 ?

商用車線控轉(zhuǎn)向

商用車轉(zhuǎn)向原來基本上是循環(huán)球占主導(dǎo)，但研究思路逐步拓展，不管是轉(zhuǎn)向和制動，目前電動助力轉(zhuǎn)向最大的改進就是去掉了液壓，實現(xiàn)純電動助力轉(zhuǎn)向。商用車目前還是以液壓助力為主。 ?

液壓存在維護困難、安裝困難、響應(yīng)困難和控制困難幾個難點，如何取消商用車轉(zhuǎn)向中的液壓，國內(nèi)外都在研究，一些企業(yè)已將它列入計劃，如舍弗勒、采埃孚，都在做這方面的研究。 ?

隨速轉(zhuǎn)向比因車速而異，智能電液需要相關(guān)的額外補償系統(tǒng)，比如多剛度穩(wěn)定系統(tǒng)。因為助力方式不單是電機助力，還有手助力、液壓助力、輪胎反彈力等不同來源，所以要把多剛度系統(tǒng)調(diào)制成一個穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。

如何通過慣量前饋補償來增強系統(tǒng)的響應(yīng)性和換向的快捷性也很重要。因為商用車質(zhì)量過大或慣量過大，或在減速比過大時，會影響路感體驗，如何進行主動路感補償也是商用車轉(zhuǎn)向要考慮的關(guān)鍵問題。 ? ?

二、線控轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu) ? ?

線控轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu)與底盤安全架構(gòu)基本上類似，線控轉(zhuǎn)向一方面要實現(xiàn)自身功能，另一方面要滿足功能安全fail-operationl需求；第三是在這個平臺上有不斷迭代可升級的空間，這些都對轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu)提出了相關(guān)要求。 ?

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能架構(gòu)

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線控轉(zhuǎn)向分為兩部分或三部分，一是轉(zhuǎn)向盤總成，其中有兩部分：路感模擬和管柱調(diào)節(jié)，管柱調(diào)節(jié)可能是隱藏或可調(diào)式，對轉(zhuǎn)向盤總成有相關(guān)的要求，涉及一些相關(guān)部件；而轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)總成涉及主流的滾動絲杠方式，也有四輪獨立360度角模塊或±90度角模塊轉(zhuǎn)向機構(gòu)。這些系統(tǒng)與自動駕駛安全等級的滲透率需求直接相關(guān)，滲透率越低越難落地。國外也發(fā)布了路線圖，在2024年/2025年會推出整體L3或L4駕駛，所以對線控轉(zhuǎn)向提出了很高要求。 ?

當(dāng)然，這種系統(tǒng)在L2時也有一些應(yīng)用場合，技術(shù)的足夠成熟必須要有很多市場反饋的數(shù)據(jù)樣本來進行驗證，其在L2中的優(yōu)勢包括隨速減速比，比如低轉(zhuǎn)速時掉頭，打很小的角度車輪就可以達到最大角度，可以很快捷輕便地掉頭、轉(zhuǎn)向。雖然有一點需求，但其成熟度必須有大量的市場售后數(shù)據(jù)支撐。 ?

線控轉(zhuǎn)向冗余架構(gòu)

冗余架構(gòu)更側(cè)重硬件層面，但軟件離不開硬件，所以要在硬件冗余架構(gòu)配置基礎(chǔ)上去做相關(guān)開發(fā)，而不是完全脫離硬件系統(tǒng)，或脫離底層軟件。因為兩者畢竟是硬件載體和算法載體，涉及雙電源、雙傳感、雙電機、雙控制板、多核冗余。 ?

基于功能安全，一般功能核要再加一個鎖步核，在單系統(tǒng)中，可以滿足ASIL D要求，但對冗余架構(gòu)fail-operationl要求來說，就要對功能核進行劃分，兩個功能核再加一個鎖步核進行相關(guān)實施，也就是三核。 ?

隨著信息安全要求，硬件信息安全也逐步提上日程，當(dāng)然需要成本比較高的一些工程支持和工具鏈。多總線校驗、力矩仲裁和分配也是雙系統(tǒng)要考慮的問題。功能安全要求也必須滿足，不能在失效后野蠻地把電機關(guān)掉，把域區(qū)關(guān)掉，把MCU輸出關(guān)掉，把電源關(guān)掉關(guān)，而對大于等于L3來說，還要有部分助力或降級助力，甚至是全部助力，ADAS擴展接口要預(yù)留。 ?

這套架構(gòu)不單滿足轉(zhuǎn)向執(zhí)行，也包括路感協(xié)同。從安全級別來講，路感協(xié)同不僅是方向盤控制和助力，功能安全還有更高的要求。在實際項目和案例中，功能安全級別、整個軟件架構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制是同樣的級別要求，甚至某些場景安全級別要比轉(zhuǎn)向控制場景更高。 ?

兩路相關(guān)系統(tǒng)涉及之間的校驗和仲裁，如何進行互相診斷和信息互相校驗也是比較重要的內(nèi)容。 ?

我們申請的一個專利中，在兩塊硬板之間有一個柔性電路板，通過它實現(xiàn)100兆到200兆通訊速率，在關(guān)鍵算法層面采用單步校驗，而不是用接插件。接插件有損耗、干擾，對高頻信號有影響。很多高頻信號、串行信號都是板級通訊，而不是板和板之間、同板的通訊。在設(shè)計過程中，做了很多項目實例，通過兩層之間的接插件實現(xiàn)的冗余系統(tǒng)成功率不太高。 ?

線控轉(zhuǎn)向軟件安全設(shè)計方法

根據(jù)AUTOSAR工具鏈，建立了從ASW到RTE到BSW的平面三層架構(gòu)。在這個過程中，如何對EGAS的功能安全三層架構(gòu)進行縱深配置，將整個軟件架構(gòu)構(gòu)成一個多維度設(shè)計方式非常重要。其中有相關(guān)設(shè)計技巧需要不斷討論，比如一些功能究竟放在哪一個核中，哪一個核作為功能核或監(jiān)測功能的核，如何實現(xiàn)相互校驗。 ?

在不同核中，核與核之間的通訊，核與核之間的校驗如何快速響應(yīng)，也是實際底軟配置中要考慮的問題，因為有的單片機滿足不了這種設(shè)計需求。 ?

線控執(zhí)行系統(tǒng)功能安全冗余架構(gòu)

從功能安全層面講，需要ASIL D等級的雙備份系統(tǒng)，而不是一關(guān)了之的架構(gòu)，需要失效時能夠運行，比如雙路pass的交互，需要滿足ASIL D的要求，其中的Master和Slave MCU也要滿足ASIL D的要求；域區(qū)和芯片也要滿足相關(guān)要求，執(zhí)行系統(tǒng)采用六相電機來滿足ASIL D的要求。 ?

整體架構(gòu)理論上可以滿足FIT 100要求，即10的9次方小時中所發(fā)生的錯誤次數(shù)或個數(shù)。根據(jù)理論算法，有很多數(shù)據(jù)支撐，特別是國外的數(shù)據(jù)，可以達到FIT 100，雙電源達到FIT 10。 ?

實際上，功能安全涉及很多內(nèi)容，有很多依據(jù)，比如安全等級的制定、風(fēng)險概率，國外做的比較完善。美國的很多交通事故數(shù)據(jù)分析很詳細，比如某一次交通事故由什么問題引起，是轉(zhuǎn)向制動，還是方向盤，或者是轉(zhuǎn)向失靈、不可控，都有詳細的說明，有足夠的樣本或數(shù)據(jù)反饋。在國內(nèi)這些數(shù)據(jù)很難取得，所以很多還是依靠國外的數(shù)據(jù)，特別是危害程度分析國內(nèi)還比較欠缺。 ?

單純把國外的樣本拿來有一定局限性，功能安全不斷往前發(fā)展，采集足夠的樣本后，才能理直氣壯說滿足了ASIL D，系統(tǒng)是否達到FIT 10和FIT 100。 ?

模式轉(zhuǎn)換與多輸入接口

自動駕駛模式下的線控轉(zhuǎn)向涉及駕駛請求、其他方式干預(yù)、駕駛員轉(zhuǎn)向干預(yù)和模式轉(zhuǎn)換。最重要的是在轉(zhuǎn)換過程中保證安全，如果沒有安全保證，風(fēng)險就很大。特別是在L3向L2或自動向手動轉(zhuǎn)換過程中，如果發(fā)生故障，如何處理是需要研究的問題。 ?

指令需求包括直接角度輸入、目標力矩輸入和直接力矩輸入，也包括齒條力估算需求。現(xiàn)在，線控系統(tǒng)中的接口多樣化，也要進行研究或預(yù)留。 ?

為了滿足線控轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)要求，L3需要基本助力轉(zhuǎn)向，而雙系統(tǒng)有管理、仲裁分配等相關(guān)需求，在實際過程中需要研究一些關(guān)鍵技術(shù)。 ?

路感協(xié)同控制器架構(gòu)，包括方向盤協(xié)同控制、齒條力觀察器、可變角傳動比。在這方面，需要研究如何把軟件架構(gòu)搭建好是整體軟件架構(gòu)要考慮的問題。 ? ?

三、冗余系統(tǒng)的互診與仲裁 ? ?

雙系統(tǒng)基本上是基于硬件，中間部分基于軟件。冗余系統(tǒng)的互診和相關(guān)仲裁涉及硬件和軟件。 ?

冗余系統(tǒng)協(xié)作機制

協(xié)作機制包括多余度互診、狀態(tài)仲裁、同步控制。目前，典型同步控制是為了實現(xiàn)六相電機更低 的噪音、更低的力矩波動和更高的效率。現(xiàn)在行業(yè)典型的是三同步：采樣同步、調(diào)用電機算法時間點同步、PWM輸出同步，都需要考核。 ?

沒有同步，就不能更好地控制噪聲和波動。遵循三同步來實現(xiàn)相關(guān)設(shè)計，可以實現(xiàn)相關(guān)MPS余度互診，當(dāng)一個MPS出現(xiàn)問題時，另外一路可以實現(xiàn)診斷。兩個MPS有一路丟失了，這時是什么狀態(tài)，安全級別如何，也是要考慮的問題。 ?

任務(wù)交互

在上電檢測階段，車只要不動，轉(zhuǎn)向壞了，對安全級別要求都很低；即使短路，只要不起火，轉(zhuǎn)向亂動，也不會構(gòu)成人身危害；而車一旦動起來，安全需求就非常強烈，因此要把工作做在前面，在上電測試階段的模式控制最為關(guān)鍵。 ?

所以不要抱怨，上電檢測要300毫秒、550毫秒，這是為了后期更好的安全著想，上電檢測的東西多才能保證安全，比如上電檢測最起碼要做上一次駕駛周期的狀態(tài)回調(diào)，還有當(dāng)前狀態(tài)的扭距、角度、域區(qū)、傳感器，甚至車速信號的實時檢測。 ?

線控轉(zhuǎn)向的余度設(shè)計

余度設(shè)計分為片內(nèi)和雙系統(tǒng)，還有一部分是機械，比如片內(nèi)單核、多核冗余；雙系統(tǒng)中信號互診、主從仲裁、雙電源、雙電機、冗余機構(gòu)、雙總線，這樣的設(shè)計對整體余度設(shè)計提出了要求，要滿足相關(guān)類型和冗余交互的要求。在做設(shè)計時，要在整個架構(gòu)中把上述內(nèi)容提前設(shè)計好。 ?

通訊的冗余交互

因為是fail operational，需要三種通訊的物理通道，一方有問題要能及時識別，還要知道是什么樣的問題，然后辨別出自己的問題，還要辨別出是不是該方自己辨別出了自己的問題，第三方也要清楚當(dāng)前的狀態(tài)。所以提出了三種冗余交互的物理通道，為了實現(xiàn)安全級別，通訊級別提的更高。 ?

線控系統(tǒng)力矩仲裁與分配

這個過程還涉及仲裁和分配，雙路輸出不可避免地需要仲裁，分清主從，以誰為主。如果發(fā)生一些故障怎么識別，比如CAN總線或車速信號發(fā)生問題，但電機驅(qū)動正常，就要利用驅(qū)動功能；同樣道理，如果電機驅(qū)動有問題，可能整體上就會關(guān)掉。 ?

異構(gòu)設(shè)計在功能安全中，特別是線控轉(zhuǎn)向過程中非常重要。冗余設(shè)計有兩種方式，同構(gòu)是投票機制，必須是3、5、7奇數(shù)決定哪一個為主，數(shù)據(jù)是不是準確，所以不可避免造成硬件成本增加。異構(gòu)機制是仲裁機制，即根據(jù)結(jié)果程度，或模型預(yù)測方式，分析后果如何，做出決定。異構(gòu)可以降成本，但算法比較復(fù)雜，因此在異構(gòu)設(shè)計中，要進行相應(yīng)的評價，再進行一個安全的執(zhí)行。 ?

整個設(shè)計是從軟硬件異構(gòu)方面進行互補，單純靠軟件實施效果很差，用雙傳感實現(xiàn)監(jiān)測，以后果嚴重度作為一個評價標準，再來實現(xiàn)安全的執(zhí)行。對于很多可能會導(dǎo)致安全事件發(fā)生的危險事件，寧可判斷失誤，也要去執(zhí)行。 ? ?

四、路感協(xié)同技術(shù)? ??



路感協(xié)同技術(shù)涉及齒條助力的控制，比如DP-EPS助力控制器，上面是手感控制器。在這個過程中，需要通過某種方式來實現(xiàn)交互，通過信號體驗路感、手感的輕重，體感路面的波動。 ?

從駕駛員、整車模型到車輛狀態(tài)進行期望路感的時間估算，利用動力學(xué)模型、相關(guān)補償?shù)玫狡谕姆答伭?，進行路感電機控制和路感電機的反饋控制，通過這兩個層面進行路感總體控制。 ?

路感模擬器系統(tǒng)技術(shù)要求

在路感反饋和角度控制閉環(huán)中，包括路感協(xié)同控制器和助力控制器，之間的相互關(guān)系是通過電機力矩和齒條力相關(guān)位移角度來估算，不但呈現(xiàn)力矩的大小和齒條力的大小，還體現(xiàn)低、中、高三個頻段波動的影響。將齒條力估算代入控制算法，最終得到相關(guān)運算結(jié)果——可變轉(zhuǎn)向比的關(guān)系，實現(xiàn)路感和協(xié)調(diào)控制。 ?

根據(jù)相關(guān)要求，比如路感、方向、可變傳動比、主動回正、穩(wěn)態(tài)助力控制、慣性補償、摩擦補償、過熱、過載、超壓、應(yīng)急轉(zhuǎn)向、零位調(diào)整、角度控制、末端保護、路感反饋等，其功能安全的級別比EPS和RWA更高。 ?

其他相關(guān)指標包括：響應(yīng)性、分辨率、延時時間、反饋周期、響應(yīng)精度、超調(diào)量，齒條力估算精度，都是路感模擬器的要求，整體研發(fā)周期不會比EPS或RWA低。 ?

齒條力濾波器

齒條力濾波器通過齒條力估算器、觀察器、私CAN，進入濾波器、路感力矩MAP，通過轉(zhuǎn)向盤角速度和車速計算摩擦力矩、阻力力矩、慣性力矩和主動回正力矩，以得到期望的反饋力矩，再由路感電機來執(zhí)行。 ? ?

五、線控轉(zhuǎn)向測試與評價 ? ? 在

線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵組件及其測試與評價方面，目前國內(nèi)外都是企業(yè)標準，都不是太詳細。 ?

操縱穩(wěn)定性評價指標

主要有兩個方面的標準，雖然各企業(yè)制定的標準不一樣，但不外乎兩種來源，一是基于轉(zhuǎn)向相關(guān)的操縱穩(wěn)定性指標要求，或來源于自動駕駛，比如車道保持、APA等，或駕駛輔助系統(tǒng)層面對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，所以評價指標主要是自動駕駛指令要求和操縱穩(wěn)定性。 ?

線控底盤主要指標

?
從底盤角度來說，動力性、經(jīng)濟性、通過性是線控轉(zhuǎn)向和線控制動相關(guān)的主要指標，當(dāng)然各個整車廠之間的指標都不一樣，出發(fā)的層面不一樣，一些自動駕駛需求和算法不一樣，所選的執(zhí)行機構(gòu)也不一樣，導(dǎo)致這些指標有所差異，但基本上都是相關(guān)的要求。 ?

底盤域集成設(shè)計測試工況

操縱穩(wěn)定性評價指標依據(jù)的相關(guān)標準是集成測試工況，比較典型和轉(zhuǎn)向關(guān)聯(lián)性非常大的是穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向回正、角階躍和角脈沖，以及車輛的時域和頻域測試、蛇形試驗、中心區(qū)試驗，都是動力學(xué)或運動控制經(jīng)常要做的幾個測試。 ?

SBW和EPS力矩階躍輸入信號響應(yīng)測試

?對一個系統(tǒng)來說，都是圍繞時域和頻域做相關(guān)研究，兩者有不同的案例和輸出要求。比如在做階躍時，要看實際響應(yīng)性，對車身穩(wěn)定性指標是什么要求，特別是前輪轉(zhuǎn)角的響應(yīng)，比如路感模擬器方向盤打到一個角度，輪胎響應(yīng)的角度，都可以探討。 ?

SBW和傳統(tǒng)的EPS包括帶中間軸和不帶中間軸，要看對系統(tǒng)響應(yīng)指標的要求是好是壞。一方面，增加中間軸會有一些空間間隙的自由度，用線控轉(zhuǎn)向路感模擬會有算法的滯后，需要進行齒條力估算，再去做各種濾波才能得出結(jié)果，然后通過總線傳送給輪胎，需要實際做一些仿真和測試。 ?

系統(tǒng)正弦信號響應(yīng)測試

從正弦信號輸入可以看到帶寬多少，帶寬內(nèi)時間間隔或滯后性是否是設(shè)計合理。當(dāng)然，設(shè)計的算法不一樣，比如經(jīng)常用的卡爾曼濾波估算，可能會影響時間間隔，如何把時間間隔縮短，讓系統(tǒng)穩(wěn)定，在實際標定過程中需要考慮，在仿真過程中也要注意。 ?

雙移線工況驗證評價

轉(zhuǎn)向是一個圓周運動，雙移線工況要做相關(guān)的測試，EPA狀態(tài)、前輪轉(zhuǎn)角狀態(tài)、前后輪轉(zhuǎn)角狀態(tài)、四輪獨立狀態(tài)都要做雙移線測試，與規(guī)范做相關(guān)對比，才能得出整個系統(tǒng)測試的結(jié)果。 ?

線控部件測試平臺

這是我們研究院開發(fā)的相關(guān)測試部件和平臺。 ?

線控底盤HIL臺架測試內(nèi)容

新搭建的線控底盤平臺可以實現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向、線控制動、底盤域等功能安全相關(guān)測試。整個測試場景基于智能駕駛功能安全進行設(shè)置，同時還開放了一些遠程接口，比如長春、深圳或重慶的客戶都可以客戶可以通過遠程客戶端接入，做相關(guān)的測試，在客戶端反饋數(shù)據(jù)。目前的測試對象包括制動轉(zhuǎn)向和底盤域的相關(guān)測試。 ?

以上五個部分都很重要，都可以拿出來進行更詳細的探討。 ?

審核編輯：劉清